En 1999, il publie avec Thomas K. Leung un article sur la synthèse des textures par modélisation non paramétrique (« Image Growing »), ce qui simplifie considérablement la synthèse et a eu un effet novateur dans ce domaine. Son travail avec James Hays en 2008 a également été très influent. Les images y étaient complétées par des algorithmes qui analysaient des millions d'images similaires sur Internet ou à partir de vastes bases de données. Cette méthode a été largement utilisée par la suite. Il a ensuite développé des algorithmes de transformation d'images par apprentissage profond en vue de colorier des photos en noir et blanc, à filtrer les caractéristiques typiques d'une ville à partir de nombreuses photos (« What makes Paris look like Paris ? »), ou à filtrer les éléments de style temporels dans portraits des annuaires des lycées(« A Century of Portraits: A Visual Historical Record of American High School Yearbooks »).
[1999] Alexei A. Efros et Thomas K. Leung, « Texture synthesis by non-parametric sampling », Proceedings of the International Conference on Computer Vision, Kerkyra, Corfu, IEEE Computer Society, vol. 2, , p. 1033-1038 (ISBN0-7695-0164-8, DOI10.1109/ICCV.1999.790383, lire en ligne).
[2008] Derek Hoiem, Alexei A. Efros et Martial Hebert, « Putting Objects in Perspective », International Journal of Computer Vision, vol. 80, no 1, , p. 3-15 (ISSN0920-5691, DOI10.1007/s11263-008-0137-5, lire en ligne).
[2007] James Hays et Alexei A. Efros, « Scene completion using millions of photographs », ACM Transactions on Graphics, vol. 26, no 3, , article no 4 (DOI10.1145/1276377.1276382, lire en ligne)
[2014] Jun-Yan Zhu, Aseem Agarwala, Alexei A. Efros, Eli Shechtman et Jue Wang, « Mirror mirror: crowdsourcing better portraits. », ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH Asia), vol. 33, no 36, , p. 234:1-234:12, article no 234 (DOI10.1145/2661229.2661287, lire en ligne)
[2016] Carl Doersch, Saurabh Singh, Abhinav Gupta, Josef Sivic et Alexei A. Efros, « What makes Paris look like Paris? », Communications of the ACM, vol. 58, no 12, , p. 103–110 (ISSN0001-0782, DOI10.1145/2830541, lire en ligne)
[2016] Richard Zhang, Phillip Isola et Alexei A. Efros, « Colorful Image Colorization », European Conference on Computer Vision, Springer-Verlag, lecture Notes in Conputer Science, , p. 649-666
[2015] Shiry Ginosar, Kate Rakelly, Sarah Sachs, Brian Yin et Alexei A. Efros, « A Century of Portraits: A Visual Historical Record of American High School Yearbooks », Extreme Imaging Workshop, International Conference on Computer Vision, , p. 652-658 (lire en ligne)